~ I. J. Vink. De fabricage van Methylmethacrylaat. Deel I. Bereiding van Acetoncyaanhydrine. Inhoud.

Hele tekst

(1)

/

• '1:

De fabricage van Methylmethacrylaat.

Deel I.

Bereiding van Acetoncyaanhydrine •

I. Inleiding

'11. Overzicht III.Apparatuur IV.

v.

~ ;\ ,

Berekening Literatuur

, I

l

Inhoud.

en keuze van het fabricageproces.

van de bereiding en materiaalbalans

van een condensor

J. Vink

- -. . . 11952

~ I

blz. 1.

blz.

5.

blz. 9.

blz. 11.

blz. 22.

\ ,..

(2)

1.-

-;:::--

r ·

\ .

z

0 I-

"'

u <

---

z u I

I i

nJ

- -----_. {] ,

"

\ \

:

1.. • ••• -

.:ti

\

.. ~.-...

;

-U!!.J ~L I

§ 1 f. r

I1 G·· .

"

.

j I' , I!

.'

Co

-:::t

""J)

~

(3)

, -

I. Inleiding en keuze van het Fabricageproces.

De methylester van methacrylzuur is een heldere, kleUrloze vloei- stof, die reageert met vele reagentia en vlot polymeriseert analoog aan vinyl verbindingen.

Daar methylmethacrylaat (I\~.M.) spoedig commercieel belang kreeg, zijn de meeste in de literatuur beSCllreven methoden van industriele bete- kenis.

~en overzicht van de literatuur inzake de fabricagemethoden wordt ge- ' geven door Blout, Hohenstein en Mark.

(1)

1. riet eerste patent, dat een methode voor technische bereiding behandelt is dat van I.C.I. in 1933 (2). rllethyl-

ol

-hydroxyisobuty- raat werd gedehydrateerd met IOCI

.

3, of ook wel met P 20

3 (3).

K-acetaat is gebruikt als dehydratatiemiddel voor het/3 -isomeer(4).

lVlethyl-

ol

-hydroxyisobutyraat is met behulp van chloorsulfonzuur in het zuur-sulfaat overgevoerd, dat door verhitten splitst in zwavel- z uur en M.!vi. (5 ) •

2.

~ . M .

kan geproduceerd worden door

methyl-~

- acetoxyisobuty- raat (en andere analoge esters van de isoboterzure ester) te verhit- ten tot temperaturen boven het kookpunt (6). Hierbij wordt azijnzuur afgesplitst. Dit geschiedt door passage door op ca. 5000 C. verhitte buizen, gevuld met kwarts of silicagel als katalysator.

3. Een gelijksoortige reactie treedt op wanneer men dampen van methyl- ot- hydroxyisobutyraat en azi jnzuuranhydride over een kataly-

sator van puimsteen, verzadigd met fosforzuur leidt bij een tempera- tuur van 6000C.(7)

4. I',~.M. kan verkregen worden ui t acetoncyaanhydrine in een enkele stap (8,9,lC) . Zwavel zuur wordt aan het acetoncyaanhydrine toegevoegd ter verzeping. Vervol gens wordt veresterd met methylalcohol en ten- slotte gedehydrateerd do'or bijv. gefractionneerd destilleren met een dehydratatiemiddel zo als Na2S04•

(4)

((I)

5.

Een verbeterde methode dehydrateert eerst door verhitten vm het acetoncyaanhydrine met rokend zwavelzuur; vervolgens komt de ver- zeping en tenslotte de veEStering. Al deze bewerkingen kunnen in hetzelfde reactievat worden uitgevoerd.

De opbrengst is te verhogen met ~ehulp van mercuri-ion als katalysa- tor(12). Dit verhoogt de productiekosten echter aanzienlijk.

6. In een meertraps-proces wordt acetoncyaanhydrine tot

ol -w -

droxyisoboterzuur gehydrolyseerd door middel van HCl. Het zuur in de vorm van het Na-zout wordt dan overgevoerd in de meth ylester met

'-'

dimethylsulfaat in aceton en de ester gedehydrateerd door P205 (13) • 7. Ook uitisoboterzuur kan M.I,';. verkregen worden (14). Het zuur word t gechloreerd en levert een mengsel van

ex::

-chl oorboterzuur , zuur- chloride en anhydride en(1-chloorboterzuur op. Het mengsel wordt veresterd met methanol en de Gemengde esters gevoerd over silicagel om Hel te verwi jderen. Dit geeft als product ILTL

8. Een bereiding van h .N . door dehalogenering van

ol -

en(1 - chloorisobutyraten is beschreven door Barret(15) .

9. Izard ~16) condenseerde methyl-chloroformiaat met propyleen, dit geeft methyl-(1-chlo~roisobutyraat, dat dehydrohalogeneert en

M.NI. geeft.

10. Een verwante condensatie van propyleen en phosgeen geeft

(l

-chloroiso butyrylchloride, dat hi.M. vormt ~nA.les terificatie en ver- wijdering van Hel (17) .

11. 11oodhouse (18) beschrijft tenslotte een dehydrogenering van isobutyraldehyde door reactie in gasfase bij 200-5000 C. over een metaalkatalysator. Dit levert methacrylaldehyde op, dat geoxydeerd

en ver~e~erd kan worden.

tiij kozen voor onze fabriek de onder no. 5 genoemde bereidingsmethode, die dus in één reactievat uit acetoncyaanhydrine kan geschieden.

(5)

3.

Hiervoor kunnen wij de volgende redenen opgeven:

1. De methode geeft met betrekkelijk eenvoudige apparatuur en goed toegankelijke grondstoffen een behoorlijk rendement

(75 à 807'0).

2. De methode is nog steeds de meest algemeen gebruikelijke.

3 .

Over deze methode staan de meeste gegevens ter beschikking.

REACTlhSCHEII'tA

De bereiding van acetoncyaanhydrine (= A.C.H.) kan betrekkelijk een- voudig geschieden uit aceton en HCN in tegenwoordigheid van alkalische katalysatoren.

Het A.C.H. wordt daarop via dehydratering, verzening en veres- tering omgezet in M.M.

Dit laatste deel der fabriek werd behandeld door de Heer Peters. Het belangrijkste probleem bij de bereiding van A.C.H. is de

regeling van de temperatuur. De reactie tussen HCN en aceton is sterk exotherm. Rij onvoldoende temperatuurregeling treden met deze laag- kokende uitgangsmaterialen grote drukvariaties op.

- ---

(6)

Een complicatie hierbij is het optreden van een zekere inductie- periode, indien we aceton, waarin vooraf de katalysator is opgelost, in contact

~n

met vloeibaar of gasvormig blauwzuur.

Is de reactie eenmaal op gang gekomen dan is de inmiddels toegevoeg- de hoeveelheid HCN veelal te groot om een heftig verloop der reactie nog te kunnen verhinderen.

Eén der middelen om de temperatuur in de hand te houden is het lang- zaam toevoegen van HCN aan de alkalische acetonoplossing (19 en 20).

Daarbij wordt gewerkt bij de kooktemperatuur van aceton

(56,5

0 C).

Het gevaar, dat de inductieperiode kan opleveren, wordt daarmede echter niet bezworen, terwijl ook de opbrengsten klein zijn (65%).

Als katalysatoren blijken bruikbaue te zijn:

natriumhydroxyde, ammoniak, pyridine, piperidine, chinoline, primaire, secundaire of tertiaire aminen, KCN en NaCN.

Veel analogie met deze werkwijze vertonen enkele andere octrooien l21, 22, 23), die soortgelijke katalysatoren gebruiken. Het meest

kenmerkende verschi~iS de reactietemperatuur, welke met behulp van koelconstructies beneden de kooktemperatuur van aceton nl. tussen 300 en 400

e

wordt gehouden. Na aanzuren met zwavelzuur en zuive- ring door d~illatie wordt een bevredigende opbrengst (85%) aan A.C.H. verkregen.

Terwijl deze octrooischriften het gebruik van Ca(CN)2 als katalysa- tor uitdrukkelijk uitsluiten, wordt in een paar andere (24 en 25) deze stof bij voorkeur geschikt geacht om de opbrengst te vergroten.

Verder wordt het gebruik van zo min mogelijk water (bijv. voor op- lossen van de katalysator) aanbevolen.

Een voordeel van het Ca(CN)2 is ongetwijfeld, dat het eenvoudig$t~ 1

te verwijderen is. Na aanzuren met zwavelzuur is het ontstane CaS0 4 immers gemakkelijk af te filtreren.

r ,

(7)

In een Zwitsers octrooi (26) wordt de temperatuurregeling ver- kregen door boven in een kolom met Raschig ringen aceton te sproeien en onderin HCN in te leiden, terwijl de niet omgezette aceton en HCN gerecycled worden.

Tenslotte geeft een Amerikaans octrooi (27) aan op'welke wijze de vorming van een inductieperiode kan worden voorkomen. Men lost dan vooraf de benodigde hoeveelheid katalysator op in reeds eerder bereid ruw of gezuiverd A.C.H. dat vervolgens gemengd wordt met de om te zetten hoeveelheid aceton. De reactie begint dan onmiddellijk na toevoeging van HCN te verlopen.

Voor de bereiding zullen we een combinatie van bovengenoemde octrooien kiezen:

1. De katalysator (NamI) lossen we vooraf op in ruw A.C.H.

2. Na menging met aceton, wordt bet mengsel via een koeltank gepompt op een reactietoren gevuld met Raschig ringen. In de toren vindt de omzetting plaats met HCN, dat als gas onderin de toren wordt gevoerd.

3. Het naar beneden stromende mengsel wordt opgevangen in de koeltank, waarin koelbuizen voor afkoeling op de gewenste temperatuur (230 C) zorg dragen.

4. Om een zo volledig mogeli jke omzetting te\bewerkstelligen wordt b.et reactiemengsel uit deze tank telkens weer op de kolom gepompt.

11. Overzicht van de bereiding en materiaalbaans.

5.

De fabriek is opgezet voor een productie van 1000 kg N.M. per dag gedurende 5 werkdagen van 8 uur per week.

Jaarproductie dus 250 ton.

Het product is bijv. bestemd voor polymerisatie t mt kunsthars.

(8)

I"

Deel I.

Bereiding van ji.C .R. ui t aceton en HCN.

A. Uitgangsproducten

Aceton, be schouwd als lOOle; zuiver.

Blauwzu.ur, beschouwd als 100/~ z1.üver.

Katriumhydroxyde, beschouwd als 10010 zuiver, poeder. Zwavelzuur, 96;,,-ig, zuiver.

Aceton en RCN worden telkens voor een week (5 dagen) ingekocht, de eerste maal voor zes dagen.

Voor de bereiding van 1000 kg ~ .~. per dag is 1100 kg zuiver a.C.R. vereist, waarvoor nodig is:

885 kg aceton (= 1118 L) 425 kg BCN (= 6181)

0 ,50 kg NaOR-poeder opgelost in ca.

20 kg ruw A.C.H., afkomstig van de vorige lJrod'lctie.

1,28 kg H2S0 4 , 96~ (= 0,7 L).

B. }roductieproces.

In een klein mengvat wordt 500 g NaOR opgelost in 20 kg ruw .lt.C

.E.,

afkomstig van de vorige productie. Daarna vindt menging plaats met aceton in een mengketel voorzien van een roerwerk en een koelmantel voor waterkoeling

(23

0

C).

De oplossing wordt dan gepompt in een van koelbuizen voor- ziene koeltank, die onder de reactor is geplaatst. In de reactiekolom, welke gevuld is met Raschig ringen vindt de eigenlijke reactie met gasvormig HCN plaats. De alkalische reeds A.C.R.-bevattende aceton wordt daartoe uit de koeltmk naar de top van de nBctor gepompt en stroomt over de Raschig ringen naar beneden. De kolom is constant gevuld met HCN-dannp Dit wordt bewerkstelligd door de benodigde hoeveelheid vloei- bare HeN in een ketel, voorzien van een bundel verwarmings- buizen, constant op kooktemperatuur (260 ) te houden.

(9)

7.

Onderin de reactiekolom wordt de gedeeltelijk omgezette aceton weer naar de koeltank afgevoerd via een vloeistofslot en een vlotterregulateur. Innig contact tussen aceton en HCN-damp

is op deze wijze verzekerd.

Koelbuizen in de tank brengen het reactie-mengsel weer op 230C, waarna de cyclus zich herhaald. De snelheid van rond- pompen wordt geregeld met behulp van een afsluiter met tempe- ratuur-regulateur.

Na verloop van enige uren iS,de omzetting zo volledig moge- lijk (85~) en wordt het reactiemengsel gestabiliseerd met ge- concentreerd zwavelzuur.

Dan volgt een zuivering van het ruwe product door destillatie onder verminderde druk.

Allereerst worden de niet omgezette hoeveelheden HCN en ace~n (enVzeer een kleine hoeveelheid water) afgedestilleerd bij een druk

van 132 mm (kpt A.C.H.

132

=

1000

cl.

De gecondenseerde aceton en HCN worden gepompt naar een water- gekoeld tankje, dat boven de reactiekolom is geplaatst. Bij een volgende :prodllctiegang wordt dit "recycle-mengsel" geleide- lijk in de reactor terllggevoerd en omgezet in A.C.H.

Na afdestilleren van de niet omgezette aceton en HCN wordt de druk verminderd tot 23 mmo (kpt. A.C.H.23

=

820 C) en de A.C.H. afgedestilleerd. De voorlopp (ca. 20 kg) spoelt de con- densor en keeler schoon en wordt als ruw A.C.H. naar het meng- vaatje ter bereiding der katalysatoroplossing gepompt.

Tenslotte wordt de afgedestilleerde zuivere A.C.H. in een voor- raadtank opgeslagen.

C. Materiaalbalans.

Deze is berekend op een omzetting van 84,8

%

(Literatuuropgave 85/0) en levert dan het volgende schema:

(10)

Uitgangsproducten

Aceton 885 kg

HCN 425 kg

NaOH 0,50 kg A.C.H.(ruw) 20 kg H2SO 4 (96;0) 1,28 kg

~ussenproducten Eindproducten. Invoer reactor

--

aceton 885 kg

- - - ' » HCN 425 kg

----> NaOH 0,50 kg

---.. ACH (ruw) 20 kg

Afvoerreactor

A.C.H. 1120 kg aceton 134 kg

HCN 76 kg

NaOH 0,50 kg

~H SO

2 4 1,28 kg

Invoer destillatietank Ie desti1latiefrooctie Aceton

HCN A.G.H.

NafISO 4 (water)

134 kg ~ Aceton 134 kg 76 kg ~ HCN 76 kg 1120 kg ___ 2e destillatiefrac~

LfA.C.H.(ruw) 20 kg 1,5 k g tlA.C.H. (zuiver)1100kg 0,28kg) R eSl u °d

NaHS04 1,5 kg Het is duidelijk, dat de benodigde uitgangshoeveelheden aceton en HCN bij een volgende cyclus met de recycle hoeveelheden dezer stoffen wor- den verminderd.

(11)

...,... "I ~ .

L _

(12)

D. Tijdschema. 8.00 uur

Bereiding van de oplossing van NaOR, aceton en'ruw A.C.H.

9.00 uur

Koeltank vullen. 9.30 uur

Froductie van ruw A.C.H.

12.30 uur

Áanzuren H2S04 en destillatieketel vullen. 13.30 uur

Afdestilleren van

HeN

en aceton.

14.30 uur

Afdestilleren van acetoncyaanhydrine.

16.30 uur

111. Apparatuur.

Benodigde apparatuur (zie flow-sheet) 1. Acetontank

Max. capaciteit 5500 kg aceton.

Keuze: horizontale cylindervormige tank, 7000 ~, roestvrij staal ~18/8 staal)

2, Katalysatortankje.

Max. capaciteit: 2e kg alkalisch A.C.H.

Keuze: 35 L -keteltje met roerder, 18/8 staal.

3. Meng.K:etel.

I.iax. capaci tei t: 1200 L mengsel van aceton en alkalisch A.C.H.

Keuze: 1500 L mengketel met roerwerk en waterkoelmantel 18/8 staal.

(13)

,

10.

4. Pomp.

Max. capaciteit: 2400 L alkalisch aceton per uur. Keuze: tandradpomp, Si-gietijzer.

5. Koel tank.

Max. capaciteit: 1200 L reactie~engsel.

Keuze: 1500 L horizontale tank met bundel watergekoelde pi jpen, 18/t; staal.

6. Reactor.

Keuze: met H.aschig ringen gevulde kiom, 2 m hoog en 2E# cm ~,

18j S staal.

7 .

C~ulatiepomp.

Max. capaciteit: 1200 L reactiemengsel per uur. Keuze: tandradpompje, Si -gietijzer.

8. HCN-opsl agtank.

Mac. capaciteit : 2600 kg vloeibaar HCN.

Keuze: 4000 L- tank met koe~mantel, 18/8 st aal. x)

lO.Zwavel zuurtankje.

Il'iax. capaci tei t: 50 kg H

2SO 4' 96;(;

Keuze: 35 L-tankje, gietijzer.

II.Pomp.

I,iax. capaciteit: 1200 L ruw ...'l.C.H. per uur.

Keuze: tandradpompje, Si-gietijzer. 12.Destillatieketel met opzet.

ka.«. capaci tei t: 1200 L r uw A. C.H.

Keuze: 1500 L t ank met kolom van 2 m hoog, 2' cm~, gevuld met Raschi g ringen, 18/8 staal.

13.Condensor.

Zie berekening hierna.

x)

9 )

HCN-verdamptank.

~ax. cap. : 425kg. HeN

Keuze: 700L-tank met verwar:ri ngsb'lizen (?60 ) . 1 '1/9- e'tai-Jl .

(14)

:'.

14. Condensaatkoeler.

Max. capaciteit: 600 L A.C.H. per uur afkoelen van 820 op 150 C.

Keuze: horizontale pijpenkoeler met pekelkoeling, 18/8 st~l.

15. lomp.

Ifax. capaciteit: 600 L A.C.H. per uur.

Keuze: tandradpompje.

16. Opslagtank.

Max. capaciteit: 225 kg mengsel van aceton en HCN.

Keuze: .300 L tank met waterkoeling.

17. Opslagtank.

~ax. capaciteit: 1100 kg zuiver A.C.H.

Keuze: 1500 L tank, 18/8 staal.

Het vacuum wordt onderhouden met een dubbeltraps-stoomejector.

Berekening van een condensor.

Vereiste capaci tei t: 1120 kg l1..C.H. per uur condenseren.

We voeren eerste een globale berekening uit, waarbij we een overall coefficient aannemen van bijv.

135 B.t.u. / (kr) (sq.ft.)(o F.)

(Opmerking: Voorzover gegevens betreffende A.C.H. ont- breken, werden hiervoor waarden van aceton genomen, of, wel, zoals bij de verdampingswarmte een schatting gemaakt).

Verdampingswarmte van A.C.H.

=

De af te voeren warmte is dan

=

444416 B.t.u./hr.

8,5 kcal/mol 1120000 x 8,5

85 =

112.000 k cal/hr

Gekoeld wordt met rekel (25/0), welke wordt ingevoerd met een tempera- tuur van 00 F en afgevoerd op 350 F. Opzettelijk wordt een dergelijke koude koelvloeistof gebezigd om de condensor ook te kunnen gebruiken voor de condensatie van de (veel kleinere ) hoeveelheden niet omge-

zette HCN en aceton.

(15)

Schematisch kunnen we de situatie aldus weergeven:

,11 ,

179,6o

F À.e.H.damp

"

e°i! l

pekel _ _ _ _ _ _ _ _ .0 • • -

.'---- --- --- - - - - -1

.. '. , " . - " --... _._ .•.. - ---

- U

179,6° F

,

A.C.H.vloeist of

Het vereiste koelend oppervlak vinden we uit:

"'" = U. A. At, waarin ~= af te voeren hoeveelheid warmte in B.t.u./hr.

a= pppervlak in sq.ft.

12.

t= log. gemiddelde temperatuurverschil Or r

=

161,20 ]1

.

~

=

444416 B. t. u./hr.

444.416 _ 2

=

20,43 ft A

=

135 . x 161,2

IJe nemen 0,5" stalen pijpen, inwendige)Zf

=

0,622"

Bij een vloeistofsnelheid van 1 ft/sec en een soortgelijk gewicht van de pekel

=

1,1804 krijgen we voor het Reynoldsgetal:

Re

=

D.v

.

(:'-

u

=

0,622 x 2,54x30,48xl,1804

0,052 = 1093

Voor een turbulente stromi rlg, dus voor Re) 3200 is de vereiste vloeistofsnelheid dus 3 ft/sec.

De per uur doorgevoerde snelheid hoeveelheid pekel bedraagt dan:

472,5 x 1,1804 x 3 = 1673 lbs/hr capaciteit voor water ~

I~e hebben in het totaal aan pekel nodig: 11200

= 6957 kg/hr = 15339 IbS/hr.

20 x 0,805

(16)

l I

Het aantal buizen bedraagt dus:

15339

1673

=

9 buizen.

Het inwendig oppervlak hiervan per ft lengte = 9 x 0,163= 1,467 ft2 Benodigd oppervlak

=

20,43 ft2

20,43

~engte der buizen:

=

13,92 ft

=

424 cm.

1,467

Ben condensor met 4 "passes" met een diameter van 17,5 cm en een lengte van 106 cm zou dus aan de gestelde eisen voldoen.

ive dienen nu de waarde der overall coefficient Ui te beJ!kenen, waarvoor geldt:

Hierin is:

h. 1.

=

ho

=

D. 1

=

Do

=

Ui = 1 h .

1

+

1

1,151 :0. log k Ol

filmcoefficient voor de filmcoefficient voor de inwendige buisdiameter uitwencli ge buis diameter

D. 1

pekelfilm A.C.H.-fim

k

=

thermische geleidèaarheid metaalwand Ki is te be~ekenen uit: 0 8

\

,

h.D 1.

Hierin is:

/ D .v·f

f \

=

0.023 ! uf /

D

=

inwendige pijpdiameter

" 0,333

)

Mc Adams Heat transmission bIJ 167

k

=

thermische 6eläQ1dbaarheid van de vloeistof bij de film-:- temperatuur.

v

=

snelheid van de vloeistof

ff =

dichtheid van de vloeistof bij de filmtemperatuur uf

=

viscositeit van de vleeistof bij de filmtemperatuur

t; f

=

soortelijke warmte v.d.vloeistof bij de filmtemperá:uu r

(17)

\

\

\.

\

\

14.

In ons geval is de film dus de pekelfilm. HO wordt gevonden uit de vergelijking:

=

0,725 l'üc Adams bI z. 268

wa8.rin:

kf

=

thermisc.i:1e éSeleidbaarheid van de gecondenseerde vloeistof- film (in ons geval A.C.H.;

t

= dichtheid van de vloeistoffilm

g ~= versnelling van de zwaartekracht À

=

condensatiewarmte

N

=

aru1tal buizen

Do

=

uitwendige pijpdi~er

At = temperatuur van de verzadigde damp- temyeratuur van de wand

=

t v.d. - tw

Ook hier dienen weer de waarden bij de filmtemperatuur genomen te worden.

riu geldt voor de filmtemperatuur:

tf

=

t v.d.

o

- i- At

=

~ v.d.

-

T - (t v.d. - t ) w

De grootte van tw is echter onbekend. De oplossing van dit probleem wordt gevonden door de volgende aanname:

=

t _ IOp.gemiddelde temp. verschil

v. d. 5

Door een controle achteraf is na te gaan welke fout er gemaakt is.

Door de berekening daarna weer opnieuw uit te voeren, nu met de ge- corrigeerde temperaturen zijn de juiste waarden der fi1mcoefficien~ n te bepalen.

Hetzelfde geldt voor de temperatuur der pekelfilm

waarin t

=

temp. v.d. hoofdstroom

(18)

I

I

/

..

Tenslotte merken we nog op, dat in de formule

~

=

U.Á. At

welke we op blz. 12 verme~den d. van een constante overall coe'fficient

U wordt uitgegaan.

Voor een kort toestel wordt dan voor (J gewoonlijk de gemiddelde waar- ciA.

de van U!s aan de uiteinden genomen. Voor langere toestelJ.en voeren we echter het log. gemiddelde in:

_.t_

=

A

Berekening.

~. In1aatzijde der pekel: log. l2;ern. tpmn.ver.schil t -+

t f .

=

1

= 0 -+

tw

=

2

179,6 2

l.g.t.v.= ~

10

161,2 = 73,70 F.

10

tf

=

t A -3 l .g.t.v. = 179,6

o v.u.

20

31161,2 0

=

155,4 F.

20

=

.0,023

r'

V: :

f:B ef~:f m

0,eel14lxo,023 0,622 x 2,54

/0

622x2 54x3x30

\- 0.0220

0,8

>(

J.

(

---J

0,810 0.001141 x 0,6220 0=,333

=

0,05359 g ca1/(sec)(cm2

)(0 c)= 395,5 B.t.u./(hr)(sq.ft.) (oF)

(19)

b.

16.

hO = 0,725

(

O,0943X58,132X4,17XI08X1800

~t=

9 x 0,070 x 0,392 x 32,2

= 550,9 B.t.u./(hr) (sq.ft)(o F) Uitlaatzijde der pekel.

tf. = l 35 4-2 179z6 161,2= 10 91,2° F

3 0

tf = 179,6 - 161,2

=

155,4 F

0 20

Berekening van hi en ho bij deze temperaturen levert dan hi

=

433,1 B.t.u./(hr)(sq.ft.)(o F)

ho = 550,9 B.t.u./(hr)(sq.ft.)(o F)

c. Controle.

Noe~en we de temperatuur vervallen door de A.C.B.-film, de

wand en de pek~film resp. At o ' .tw en ~ti en het log. ge- middelde temperatuurverschil

4

ll.'r

( lis

~l

h

t

1

ÁT hi

~

. J l waarln

Z-

=

h

7

=·At

°

1

= A ti

1 h

T dan geld t:

(20)

J.

Inlaatzijde.

161,2 x 0,001815

- - - =

61, gO .E'.

0,004726

ó. ti =

Uitlaatzijde • A,t o =

A tw =

161 22 x ° 2°02528 0,004726

161 22 x ° 2°°1815 0,004507

16112 x °1000383 0,004507

161,2 x 0,009309 0,004507

A.C.H.-zijde van de wand.

= 86,2° P

= 64,90 F

= 13,7° F

=

82,6° ]'.

Aan de in1aataijde is de wandtemp. 179,6° - 61,9 = 117,7° F

1

Aan de uitlaatzijde is de wandtemp. 179,6° - 64,g= 114,7~~

Voor de wandtemp. aan de pekelkant vinden we:

° ° 6°

inlaatzijde 117,7 F - 13,1 F

=

104, F uitlaatzijde 114,70F - 13,70F = 101° F Berekenen we hiermede tf en tf. dan k ..

° 1 rlJgen we:

tf. = __ t_~+ __ ~tTWN __

1 2

Inlaatzijde

tf

=

179,6 -

i

(179,6 -117,7)

=

133,2° F

° e +

104,6 = 52,3° F

2

oorstlronke1ijk

aangênomen 155,4° F 73,7° F

(21)

18.

Uitlaatzijde. OorspronkeJ.:.tk

aangenomen

=

179,6

- i

(179,6 -114,7)

35+ 101

=

680 F

2

=

130,9° F 155,4° F

Voor de gemiddelde wandtemperatuur aan de A.e.H.-zijde vinden we

117,7

+

114,7 o

=

116,2 F terwijl we aangenomen hadden:

2

t

=

t - l.g. t.v.

=

179,6 - 32,2

=

147,4° f

w v.d. 5

d. Gecorrigeerde berekening.

De berekende en aangenomen waarden voor tf. en tfaan de

1

°

inlaatzijde en aan de uitlaatzijde en tw aan de A.C.H.-zijdi

~yN dus niet met elkaar in overeenstemming.

vVe nemen nu de volgende nieuwe waarden:

Inlaat Uitlaat

tf

=

132° F tf

=

1320 F

° °

tf.

=

530 P tf.

=

6S°!IJI

~ 1

Ket deze nieuwe temperatut~vinden we voor ho en hi :

Inlaatzijde Uitlaatzijde

ho 512,0 512,0

h. 356,3 389,6

1

(22)

e. 2e controle.

Inlaatzijde.

At

=

°

At. 1

=

Ui tlaa tzi ,jde .

À t o

=

At.:

1

161,2 x C,001953= 61,20 F 0,005142

161,2 x 0,000383

= 12,0° F

C,00~5142

161,2 x 0,002806

88,0° F

= 0,005142

161,2 x (',001953 0

= 64·,2 F 0,004902

161~ x 0,OC383

=

12,60 F 0,004902

161,2 x O,OOg5e~ 84 4° F 0,00490 2 '

Hiermede vinden we voor de wandtemperatuur aan de A.C.H.kant:

wandtemp. inlaat: 179,6 - 61,2

=

118,41 c

wandtemp. uit1aat:179,6 - 64,2 : 115,4 ) iVandtemperatuur aan de pekelkant:

Inlaatzijde 118,4 - 12

=

1~6,4° F Uitlaatzijde 113,4 - 12,6 : 102,8° F Berekenen we hieruit ~f en ti. dan wordt:

°

1

Inlaatzijde

ti = 179,6 -

i

(179,6 -118,4) = 133,7° F o

o

+ 106,4 ° 2

=

53,2 F Uitlaatzijde

tf

=

179,6

°

.;

- 4" (179,6 -115,4)

=

131,4° F

gemidd. 116,9° F

gemiddeld

°

132,5 F.

(23)

35 + 102,8

2

°

tw gemiddeld was 116,9 F

~t= t v. • d -t = 17w 9,6 - 116,9 = 62,7° F

20 •.

Vergelijking van de zo berekende en de aangenomen waarden levert de volgende tabel:

Berekend Aangenomen

tf inlaat en 132,5° F 132 ° F

° uitlaat

tf. inlaat 53,2° i 53°F

1

tf. uitlaat 62" gO }' 680p

l.

tw 116,goF 116° F

b.,t 62,7° F 63,6° F

Zoals hieruit blijkt zijn de verschillen tussen de berekende en de aan- genomen waarden steeds minder dan 1° F, zodat de filmtemperatun~n en daarmede de h's voldoende nauwkeurig zijn bepaald.

~e berekenen de Ui bij inlaat en uitlaat uit:

1

u. =

1

Inlaat Ul :

Uitlaat U2 :

=

log ° D "-

D-

l.

1

O,002806 + 0,002988+ 0,001632

1

0,002566+ 0,002988 + 0,001632

= 134,7B.t.u./(ht (sn.ft.)

°

F

=

139,2 "

(24)

r

,

U2~tl - UI A t 2

~--~--~-=~~---

=

2 , 3 log U 2 ~ tI

"",IA

=

UI At 2 444.416 x O,2493 A

=

5520

139,2 x 179

3

6-134,7 x144,6 2,3 l og 1 9,2 x 179,6

134,7 x 144,6

=

20,07 ft2

Voor 9 buizen is het oppervlak per ft: 1,467 ft2

Benodigde lengte der buizen: 20,07

=

13,68 ft

=

417 cm.

1,467

We nemen dus een condensor met 4 "passes" van 104 cm lang.

Hiermede correspondeEEnde condensordiameter: 7"

=

17,5 CID •

- 0 - 0 - 0 - 0 - 0 - 0 - 0 - 0 - 0 - 0 - 0 - 0 - 0 -

5f 20 0,2493

(25)

/

".

V. Literatuur.

1. Blout, Hohenstein en I~lark, I!~onomers, New York 1949.

2. I.C.I. Fr. p. 745.B85 (1933).

3. Crawford en I .C.I. Br.p.410.4208 (1933)

zie ook U.S.p's 2.041.820 en 2.042.458 (1936) 4. Beer a.Halbig U.S.p.2.305.662 (1943).

5. I.C.I. a. Cooker; Davies a.Hill Br.p.395.687 (1933) 6. Ritchie, Jones, Burns a.I.C.I. Br.p.424.885 (1935)

U.S.p.2.183.357 (1940) 7. Kirk a. Mc.Clellan U.S.p.2.356.247 (1944)

8. Crawford a.I.C.I.

9. Crawford 10.Cr'awford

Br.p.419.457 (1934) U.3.p.2.041.820 U.S.p.2.042.458

11.C~awford , U.S.p.2.101.821 (1937) 12.worne, U.S.p.2.352.582 (1944)

13.Aaine a.~ilson, Br.p.466.504(1937)

14.Dupont de ~emours a Loder, Br.p.428.233(1935) 15.Barret, U.S.p.2.020.685 (1935)

l~.Reid, U.S.p.2.028.012 (1936) le.doodhouse, N.S.p.2.101.820(1937)

19.TheTriplex Safety Glass Cy.Ltd.~ Br.p.416.~~7

20.The Triplex Safety Glass Cy Ltd. Br.p.452.285 21.ücheide anstalt, Fr.p.812.366

22.Scheide anstalt, D.R.p.744877 23.ûcheide anstalt,Br.p.417.952 24.I.G. Farben, U.J.p.2.090.942 25.I.G. Farben, Fr.p.804.124 26.3Chmocker, Zw.I.250.899

27.Du Pont de Nemours, U.S.p.2101.823

-0-0-0-0-0-0-0-0-0-0-0-0-0-

22.

Afbeelding

Updating...

Referenties

Updating...

Gerelateerde onderwerpen :